汽轮机变工况课程设计

《汽轮机原理》课程设计

一、目的及任务

汽轮机课程设计是对在汽轮机课程中所学到的理论知识的系统总结、巩固和加深，要求掌握汽轮机热力计算及变工况下热力计算的原则、方法和步骤。

课程设计的任务是针对200MW 或300MW 汽轮机额定功率的50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%工况，首先计算并绘制出调节级特性曲线、而对调节级进行变工况热力计算，再对其余压力级进行变工况热力计算，同时求出各级的内功率、相对内效率等全部特征参数，并与设计工况作对比分析。

二、内容及要求

1、变工况进汽量估算过程。

2、做出所有压力级变工况计算的汇总表，并把调节级、以及其它级中任一级的详细热力计算过程书面写出。

3、绘出整机中各级热力过程线，同时绘出各级速度三角形。

三、设计步骤

3.1 汽轮机变工况进汽量D 0的初步估算

D 0=3600P e m /()mac t ri g m h D ηηη?+?（kg/h ） 式中，P e 为变工况功率（kW ）。

△h t mac 为汽轮机整机理想比焓降，对于本设计采用中间再热的汽轮机，中压缸入口状态点应按再热后温度计算。

m 为考虑回热抽汽进汽量增大的系数，其与回热级数、给水温度及机组参数和容量有关，通常取m =1.15-1.25，对于本设计200MW 、300MW 汽轮机，取m =1.19-1.22。

△D 为考虑前轴封及阀杆漏汽以保证发出经济功率的蒸汽裕量，通常△D =(3-5)%D 0（kg/h ）。

机组的整机相对内效率ηri 、发电机效率ηg 和机械效率ηm 的选取，参考同类型、同容量的汽轮发电机组。

由于整机相对内效率ηri 取决于汽轮机内部各项损失，这些损失又与蒸汽流量及通流部分的几何参数有关，因此只能初步估计（ηri ），求出进汽量后进行变工况试算，试算完成后再进行校核。

表1 汽轮发电机组的各种效率范围

注：变工况条件下，表中ηri 为效率上限值。

3.2 调节级通用特性曲线绘制

首先根据已知的p 0、t 0，确定蒸汽通过主汽门及配汽机构的压力损失。一般全开阀门进汽机构的节流损失取△p 0=(0.03-0.05)p 0，所以调节级前压力0

p ′=p 0-△p 0 绘制曲线的详细步骤见参考资料[1]第182-184页。

3.3 调节级变工况计算

调节级计算的详细步骤见参考资料[1]第184页。变工况计算应确定调节级各喷嘴组汽门开启情况及流量，并得出调节级排汽状态点。

3.4 压力级顺序计算

顺算的详细步骤见参考资料[1]第182页。

顺算方法适用于在喷嘴和动叶中全是亚临界流动的情况。当喷嘴中或动叶中出现超临界流动时，可以假定喷嘴后或动叶后的压力，继续使用该方法进行计算，但需要根据已知条件进行假定压力的校核。一般来说，顺算法在超临界流动中很少使用。

本课程设计在顺算出现超临界流动时，采用倒推计算法从末级倒算至该压力级前，并进行级前状态参数校核。若相差不大，可对倒算热力过程线进行平移使二者重合，平移方法详见参考资料[1]第180页。若相差较大，则需重新假设末级状态参数进行计算，直至满足精度要求。

3.5 末级往前倒推计算

根据末级动叶后压力p z 和假定的整机相对内效率ηri 得到排汽状态点。确定p z ，首先需要根据已知的凝汽器压力p c ，来求出蒸汽通过排汽管中的压力损失△p c ，取△p c =2

)100

(

Cex λp c 或△p c =(0.02-0.06)p c 。 其中：λ——与排汽管的结构和流速有关的阻力系数，一般取λ=0.05-0.1。 C ex ——排汽管中汽流速度，通常凝汽式轮机C ex =(80-100)（m/s ），背

压式汽轮机C ex =(40-60)（m/s ）。

所以末级动叶后压力c c c

z p p p p ?+=′=。 倒算的详细步骤见参考资料[1]第176-179页。

3.6 整机校核

变工况计算完成后将计算的整机相对内效率ηri 与估计值（ηri ）进行校核。若△η＜1%（%100}/)]({[×?=?ri ri ri ηηηη），为合格，否则采用计算出新的整机相对内效率ηri 重新计算，直至合格。

计算得到准确排汽点后，再求出整机内功率P i （各级内功率求和）、汽耗率d 。

3.7 为便于计算，作出如下约定： （1）各级回热抽汽量正比例于主汽流量。 （2）门杆漏汽和调门开启重叠度不计。

（3）压力损失的参考值：高、中压主汽门和调门的压损为初压的5%，再热器的压损为高压缸排汽压力的12%，中、低压连通管的压损为中压缸排汽压力的2%。 （4）余速利用系数的参考值为：调节级后的第一压力级、前面有抽汽口的压力级利用上一级余速的系数为0.5，其它压力级为1。

四、参考资料

[1] 沈士一，庄贺庆．汽轮机原理[M]．北京：中国电力出版社，1992

附录

A. N200-12.7/535/535汽轮机设计参数

该型汽轮机是超高压、一次中间再热、三缸二排汽、冲动凝汽式电站全速汽轮机。主汽门前新汽参数：12.75MPa（绝对压力），535℃。中压缸进汽温度535℃，末级叶片高度800mm。机组采用喷嘴调节，共有4个高压调门，控制14、14、13、14共4组55个喷嘴，1、2号调门同时开启，3、4号调门顺序开启。

通流部分由1个调节级和26个压力级组成，高压缸1-12级，中压缸13-22级，低压缸23-27级。设有8级非调整回热抽汽，分别位于第9、12、15、18、20、22、23、25级后。前3级抽汽至高压加热器，第4级抽汽至除氧器，后4级至低压加热器。汽轮机在额定参数下前3个高压调节阀全开时可以带额定负荷。汽封系统如图A1所示，图中数据汇总为表A1。通流部分结构参数如表A2所示。设计工况热力参数如表A3所示。

图A1 N200-12.7/535/535型汽轮机轴封系统

表A1 N200-12.7/535/535型汽轮机轴封系统数据

隔板和轴端汽封均为高低齿曲径式汽封。高压隔板汽封的直径为456mm，间隙为0.75mm，齿数为9；中压第一级（第13级）隔板汽封直径745mm，间隙0.75mm，齿数11；第14-19级汽封直径516mm，间隙0.75mm，齿数11；第20-22级直径676mm，间隙0.75mm，齿数11；第23-25级隔板汽封直径745mm，间隙0.75mm，齿数6；第26级直径696mm，间隙0.80mm，齿数6；末级直径741mm，间隙0.85mm，齿数6。

表A2 N200-12.7/535/535三缸二排汽汽轮机通流部分的结构参数

注：低压缸对称布置，表中流量、功率、出口面积为单侧值。

表A3 N200-12.7/535/535三缸二排汽汽轮机设计工况下的热力参数

B. N300-16.7/537/537汽轮机设计参数

本机组是按照美国西屋公司的技术制造的300MW亚临界、中间再热式、高中压合缸、双缸双排汽、单轴凝汽式汽轮机，如图4-2所示。它由高中压积木块BB0243与低压缸积木块BB074组合而成。为了进一步提高机组的经济性，对原引进技术作了改进设计，而且低压缸末级叶片采用905mm的长叶片。机组型号为N300-16.7/537/537，工厂产品号为D156。

主要技术参数：额定功率300MW；主汽门前额定参数16.7Mpa、537℃，再热汽门前温度537℃；工作转速3000rpm；额定背压5.39kPa；回热级数3高、4低、1除氧；额定工况蒸汽流量910.2t/h、热耗7937kJ/(kWh)。

本机组通流部分共35级叶片，其中高压缸1+11级，中压缸9级，低压缸2×7级。动叶片除低压缸末三级为扭转叶片外，其余均为等截面叶片。高、中、低压缸隔板静叶均为扭叶片。有6个高压调节阀，每阀控制21个喷嘴，调节阀全开时部分进汽度为0.9545。汽轮机在额定参数下5阀全开时可以带额定负荷。汽轮机在6个调节阀全开、新汽参数16.7MPa、537℃（超压5%）时运行，这一工况定义为最大负荷工况。汽缸轴端汽封的结构可用表B1描述。通流部分结构参数如表B2所示。最大工况和额定工况下的热力参数如表B3所示。

主汽门、调节阀、进汽管的压损为4%，再热器及管道为10%，中联门及管道为2.5%，中低压连通管为2%。2号高加抽汽来自高压缸排汽，除氧器抽汽来自中压缸排汽，第5、6级抽汽分别来自左、右侧低压缸的第3、5级前，因此低压缸为不对称抽汽。

表B1 N300-16.7/537/537汽轮机轴端汽封

表B2 N300-16.7/537/537汽轮机通流部分的结构参数

表B3 N300-16.7/537/537汽轮机最大工况和设计工况下的热力参数

注：额定工况排汽比焓：2346kJ/kg；最大工况排汽比焓：2338.8kJ/kg；低压缸抽汽实际为不对称的，这里近似为对称。